地球物理勘探復(fù)習(xí)

1、《地球物理勘探》基本特點(diǎn),（1）地球物理勘探是一種間接的勘探方法,用鉆機(jī)或其它的機(jī)械手段從地下取出巖樣來認(rèn)識地質(zhì)構(gòu)造是直接的勘探方法（或稱為侵入方法，invasive method)。 地球物理勘探無須從地下取出巖樣，而是通過使用專門的儀器在地面（或鉆孔中）觀察由地下介質(zhì)引起的某種物理場的分布狀態(tài)，,收集和記錄某些物理信息隨空間或時間的變化，并對這些信息的分布特征作出解釋和推斷，從而揭示地球內(nèi)部介質(zhì)物理狀態(tài)的空間變化和分

2、布規(guī)律，以此來了解礦產(chǎn)資源的分布及賦存狀態(tài)、查明地質(zhì)構(gòu)造。,（2） 地球物理勘探工作具有效率高、成本低的特點(diǎn),以往的地球物理勘探工作為礦產(chǎn)資源的調(diào)查、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)工作提供了大量的、獲得實(shí)踐檢驗(yàn)的重要資料；尤其是在覆蓋地區(qū)對研究地質(zhì)構(gòu)造、指導(dǎo)勘探、成井等方面發(fā)揮了重要作用，加快了勘探速度，降低了施工成本，提高了水文地質(zhì)鉆孔的成井率。,（3）地球物理勘探能更全面了解勘探目標(biāo)的全貌，避免鉆孔勘探‘一孔之見’的弱點(diǎn),在工程勘察中，尤其是在

3、淺層巖溶勘察中，地球物理勘探工作能提供勘探區(qū)域內(nèi)二維、甚至三維的地下巖溶分布狀態(tài)，克服鉆孔‘一孔之見’的局限性。 跨孔聲波、電磁波透視法能了解兩孔之間的巖體的完整性，能從整體上評價巖體的完整性與基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。,（4）地球物理勘探的應(yīng)用具有一定的前提條件,,（一）必要條件： 要有物性差異；（二）充分條件： 1、目前儀器技術(shù)條件下，能測出異常： （1）場源體要有一定的規(guī)

4、模， （2）場源體要有一定的埋深比， （3）儀器靈敏度要高； 2、干擾要小或能分辨異常； 3、環(huán)境條件允許。,（5）反演解釋具有多解性,同一物理現(xiàn)象（或者說同一性質(zhì)的物理場的分布）可以由多種不同的因素引起。 例如，在電法勘探中，視電阻率的變化可以由被測目標(biāo)體電阻率值的變化引起；也可能由于地形，產(chǎn)狀等其他因素的變化引起。這反映了地球物理勘探資料

5、解釋具有多解性。 要克服地球物理勘探資料解釋的多解性，就必須將其與鉆井資料或地質(zhì)資料相結(jié)合進(jìn)行推斷解釋，必須掌握一定的地層巖礦石的物性參數(shù)。,一、填空二、名詞解釋 三、簡答題四、應(yīng)用分析題考試時間：考試周,主要考核各位同學(xué)對基本知識方法理論掌握情況，以及初步的應(yīng)用分析能力。 考試題型：,緒 論,地球物理學(xué)： 用物理學(xué)的原理和方法，對地球的各種物理場分布及其變化進(jìn)行觀測，探索地球及近地空間的結(jié)構(gòu)

6、、物質(zhì)組成、形成和演化，研究各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。地球物理學(xué)目的和任務(wù)： 在探測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的基礎(chǔ)上、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測提供理論、方法和技術(shù)。,地球物理學(xué)分為: 應(yīng)用地球物理和理論地球物理兩大類。,理論地球物理: 研究地球本身特性的理論與方法。 如：地球起源、內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)、地球年齡、地球自轉(zhuǎn)與形狀等。 主要包括: 地震學(xué)、地磁學(xué)、地電學(xué)、地?zé)釋W(xué)和重力學(xué)等。,應(yīng)用地球物

7、理（勘探地球物理）： 地質(zhì)體的不同結(jié)構(gòu)和特性常以不同的導(dǎo)電性、磁性、彈性、密度、放射性等地球物理性質(zhì)或地球物理場的差異表現(xiàn)出來。 以專用儀器探測地殼表層各種地質(zhì)體的物理場來進(jìn)行地層劃分，判明地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及各種物理地質(zhì)現(xiàn)象的方法。,勘探地球物理主要方法包括： 重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、地球物理測井和放射性勘探等。,第 1 章 巖( 礦 )石的地球物理特征,第 1 節(jié) 巖 ( 礦 )

8、石的密度,影響巖石密度的主要因素為： 1. 組成巖石的各種礦物成分及其含量的多少； 2. 巖石中孔隙大小及孔隙中的充填物成分； 3. 巖石所承受的壓力等。,一、火成巖的密度,主要取決于礦物成分及其含量的百分比 , 由酸性 → 中性 → 基性 → 超基性巖，隨著密度大的鐵鎂暗色礦物含量的增多，密度逐漸增大 。,二、沉積巖的密度 1. 沉積巖密度值主要取決于孔隙度大小，干燥的巖石隨孔隙度減少密度呈線性增大；,2. 孔隙中如

9、有充填物，則充填物的成分及比例也明顯地影響著密度值； 3. 隨著成巖時代的久遠(yuǎn)及埋深的加大，上覆巖層對下伏巖層的壓力加大，這種壓實(shí)作用也會使密度值變大。,三、變質(zhì)巖的密度,變質(zhì)巖密度與礦物成分、礦物含量和孔隙度均有關(guān)，主要由變質(zhì)的性質(zhì)和變質(zhì)程度來決定。 通常變質(zhì)作用的結(jié)果使變質(zhì)巖比原巖密度值加大，如變質(zhì)程度較深的片麻巖、麻粒巖等要比變質(zhì)程度較淺的千枚巖、片巖等密度值大些。,1. 巖礦石密度的規(guī)律：   

10、;   ① 巖漿巖和變質(zhì)巖的密度大于沉積巖 ② 沉積巖密度變化范圍大,四、結(jié)論,2. 影響巖石密度因素       巖漿巖 : 礦物成分；生成環(huán)境； 沉積巖 : 孔隙度；生成年代；埋藏深度； 變質(zhì)巖 : 與原巖和變質(zhì)程度有關(guān),第 2 節(jié) 巖 ( 礦 ) 石的磁性,一、基本概念,磁性：吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì)。 任

11、何物質(zhì)的磁性都是帶電粒子運(yùn)動的結(jié)果。,1. 抗磁性 ( 逆磁性 )      2. 順磁性 3. 鐵磁性,磁性分類：,1. 抗磁性 ( 逆磁性 )      在外磁場作用下，這類物質(zhì)的磁化率為負(fù)值，且數(shù)值很小。,2. 順磁性      順磁性物質(zhì)受外磁場作用，其磁化率為不大的正值，有外磁場

12、作用，原子磁矩順著外磁場方向排列，顯示順磁性。,3. 鐵磁性     在弱外磁場的作用下，鐵磁性物質(zhì)即可達(dá)到磁化飽和，其磁化率要比抗磁性、順磁性物質(zhì)的磁化率大很多。,磁化強(qiáng)度與磁化場呈非線性關(guān)系,磁化強(qiáng)度M沿O、A、B、C、D、E、F、A變化，諸點(diǎn)所圍之曲線，稱磁滯回線，表明鐵磁性物質(zhì)磁化強(qiáng)度隨磁化場的變化呈不可逆性。,二、巖石、礦石的磁性特征,1. 磁化強(qiáng)度和磁化率,在外部磁場的作用下，磁化

13、強(qiáng)度 M 表示與磁化場強(qiáng)度 H 之間的關(guān)系為 :,磁化率：表征物質(zhì)受磁化的難易程度，是一個無量綱的物理量。,2. 礦物的磁性   ⑴ 抗磁性礦物與順磁性礦物      自然界中，絕大多數(shù)礦物屬順磁性與抗磁性。,① 抗磁性礦物，其磁化率都很小，在磁法勘探中通常視為無磁性。      ② 順磁性礦物，其磁化率要比抗磁性

14、礦物大得多，約兩個數(shù)量級。,(2) 鐵磁性礦物,鐵磁性礦物：如磁鐵礦等含鐵、鈷、鎳元素的礦物。磁化率不是恒量，為正值，且相當(dāng)大。,3. 巖石的磁性特征        ㈠ 火成巖的磁性      (1) 不同類型的侵入巖，其磁化率平均值隨著巖石的基性增強(qiáng)而增大； (2) 超基性巖是火成巖中磁性最強(qiáng)的；,(3) 火成巖

15、具有明顯的天然剩余磁性。,㈡ 沉積巖的磁性     一般說來，沉積巖的磁性較弱。 造巖礦物如石英、長石、方解石等，對磁化率無貢獻(xiàn)。 沉積巖磁化率主要決定于副礦物的含量和成分，它們是磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦，以及鐵的氫氧化物。 沉積巖的天然剩余磁性，與母巖剝蝕下來的磁性顆粒有關(guān)，其數(shù)值不大。,㈢ 變質(zhì)巖的磁性      變

16、質(zhì)巖磁化率和天然剩余磁化強(qiáng)度變化范圍很大，和原巖的礦物成分，以及變質(zhì)作用的外來性或原生性有關(guān)。,( 四 ) 影響巖石磁性的主要因素      巖石的磁性是由所含磁性礦物的類型、含量、顆粒大小與結(jié)構(gòu)，以及溫度、壓力等因素決定的。      巖石磁性與鐵磁性礦物含量的關(guān)系      一般來說，巖石

17、中鐵磁性礦物含量多，磁性愈強(qiáng)。     2. 巖石磁性與磁性礦物顆粒大小、結(jié)構(gòu)的關(guān)系    在給定的外磁場作用下，鐵磁性礦物的相對含量不變，其顆粒粗的較之顆粒細(xì)的磁化率大。      當(dāng)磁性礦物相對含量、顆粒大小都相同，顆粒相互膠結(jié)的比顆粒呈分散狀者磁性強(qiáng)。,3. 巖石磁性與溫度、壓力的關(guān)系 服

18、從居里 — 魏斯定律。即 :,式中是 C 居里常數(shù)， T 是熱力學(xué)溫度， Tc 是居里溫度，當(dāng) ，鐵磁性消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判浴?一、巖石和礦石的導(dǎo)電性      物質(zhì)的導(dǎo)電性愈好，其電阻率值愈??；反之，如果物質(zhì)的電阻率很大，則該物質(zhì)的導(dǎo)電性很差。,第 3 節(jié) 巖 ( 礦 ) 石的電性,1. 巖礦石的導(dǎo)電機(jī)制      （固體礦

19、物的導(dǎo)電機(jī)制）,按照導(dǎo)電機(jī)制可將固體礦物分為三種類型：金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體和固體電解質(zhì)。 在金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體中，導(dǎo)電作用都是通過其中的某些電子在外電場作用下定向運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，它們都是電子導(dǎo)體。,2. 孔隙水的導(dǎo)電機(jī)制      巖石中的孔隙水總是在不同程度上含有某些鹽分 ( 電解質(zhì) ) ，當(dāng)電解質(zhì)溶于水形成電解液時，電解液可借助于其中處于電離狀態(tài)的正、負(fù)離子而導(dǎo)電，故為離子導(dǎo)體。

20、 電解液的電阻率正、負(fù)離子的濃度和遷移率成反比。,二、影響巖礦石導(dǎo)電性的因素     巖、礦石的電阻率和它的組成礦物及所含水的導(dǎo)電性、含量、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其相互作用等有關(guān)。      1. 巖石、礦石電阻率與其成分和結(jié)構(gòu)的關(guān)系      巖石、礦石的電阻率決定于這些膠結(jié)物和礦物顆粒的電阻率、形狀及其百

21、分含量。,2. 巖石、礦石電阻率與所含水分的關(guān)系      理論上說，巖石的電阻率應(yīng)與固體電解質(zhì)的電阻率具有相同的數(shù)量級，但通常自然狀態(tài)下巖石電阻率都低于此值，甚至有低達(dá) n×10Ω?m 以下的情況。這是因?yàn)閹r石都在不同程度上含有導(dǎo)電性較好、并且彼此有相互連通的水溶液之故。,3. 巖石、礦石電阻率與溫度的關(guān)系      電子導(dǎo)電

22、礦物或礦石的電阻率隨溫度增高而上升；離子導(dǎo)電巖石的電阻率隨溫度增高而降低。      4. 巖、礦石電阻率與壓力的關(guān)系      在壓力極限內(nèi)，壓力大使孔隙中的水?dāng)D出來，則電阻率變大，壓力超出巖石破壞極限，則巖石破裂，使電阻率降低。,三、 巖礦石的電阻率      影響巖、礦石電阻率的因素眾多，自

23、然狀態(tài)下某種巖、礦石的電阻率并非某一特定值，而多是在一定范圍內(nèi)變化。 巖礦石的所有物理性質(zhì)中，以電阻率的變化范圍最大。,四、巖石和礦石的自然極化和激發(fā)極化特性     一般情況下物質(zhì)都是電中性的，即正、負(fù)電荷保持平衡。 但當(dāng)某些巖石和礦石在特定的自然條件下，在巖石中產(chǎn)生的各種物理化學(xué)過程作用下，巖石可以形成面電荷和體電荷。 巖石的這一性質(zhì)稱為巖石極化。,巖石極化分為兩種類型

24、 : 1. 自然極化 由不同地質(zhì)體接觸處的電荷自然產(chǎn)生的（表面極化）或由巖石的固相骨架與充滿空隙空間的液相接觸處的電荷自然產(chǎn)生的電動勢的物理 - 化學(xué)過程 ( 兩相介質(zhì)的體極化 ) ；     2. 激發(fā)極化 在人工電場作用下產(chǎn)生的極化。      由巖石自然極化和人工極化產(chǎn)生的面電荷和體電荷形成自然電場或激發(fā)極化電場。,火成巖

25、速度大于變質(zhì)巖和沉積巖速度，且速度變化范圍小些； 變質(zhì)巖速度變化范圍大； 沉積巖速度較小，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多，速度的變化范圍最大。,第 4 節(jié) 巖石層的地震波速度,一、巖石的地震波速度,二、影響速度的主要因素    影響波速的基本因素是巖石的孔隙度。 波在孔隙的氣體或液體中傳播的速度要低于在巖石骨架中的傳播速度。 孔隙度增大時，巖石密度變小，速度也要降低。,

26、第 3 章 重力勘探,重力勘探： 是觀測地球表面重力場的變化，借以查明地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布的地球物理勘探方法。 組成地殼的各種巖（礦）石之間具有密度差異，這種差異會使地球的重力場發(fā)生局部變化，從而引起地球重力異常。,第 1 節(jié) 概述,第 2 節(jié) 重力勘探的理論基礎(chǔ),一、重力場,地球周圍具有重力作用的空間稱為重力場。,地球的重力場可分為正常重力場、重力隨時間的變化及重力異常三部分。,二、地球的重力場的組成,1.

27、正常重力場,赫爾默特公式：,地球的正常重力是由赤道向兩極逐漸增加的。赤道處為9780300g.u.，兩極處為9832087g.u. 。,2. 重力場隨時間的變化,重力場隨時間的變化包括長期變化和短期變化兩類: 長期變化: 主要與地殼內(nèi)部的物質(zhì)變動，如巖漿活動、構(gòu)造運(yùn)動、板塊運(yùn)動等有關(guān)。     短期變化: 指重力的日變，它與太陽、月亮和地球之間的相互位置有關(guān)。由于地球的自轉(zhuǎn)，地表各

28、點(diǎn)與日、月的相對位置不斷發(fā)生變化，使得日、月對這些點(diǎn)的引力也不斷改變，從而造成了重力的變化。,3. 重力異常,由于質(zhì)量剩余，在地面某點(diǎn)P產(chǎn)生一個指向地質(zhì)體質(zhì)量中心的附加引力(場強(qiáng)度)ΔE,該附加引力在正常重力方向( 鉛垂方向 )上的投影，即為重力異常。,要獲得探測對象產(chǎn)生的重力異常，一般應(yīng)具備如下五個方面的條件：     第一，必須有密度不均勻體存在，即探測對象與圍巖間要有一定的密度差，當(dāng)?shù)刭|(zhì)

29、體密度σ>圍巖密度σ0 時，可觀測到重力高；當(dāng)σ<σ0 時，可觀測到重力低；當(dāng)σ=σ0 時，則觀測不到重力異常。,第二，僅有密度不均勻體的分布，并不一定能產(chǎn)生重力異常。如一組水平巖層，密度不均勻體必須沿水平方向密度變化，即要有一定的構(gòu)造形態(tài)，才能引起重力異常。 第三，不僅探測對象與圍巖要有一定的密度差，而且剩余質(zhì)量不能太小。,第四，探測對象不能埋藏過深。第五，能否取得探測對象產(chǎn)生的異常，還取決于該異常能否從干擾場中

30、辨別出來。只有地形不太復(fù)雜，圍巖密度比較均勻，探測對象與圍巖的密度差較大，且其它地質(zhì)體的干擾場能從實(shí)測異常中消除時，重力勘探才能取得較好的地質(zhì)效果。,第 3 節(jié) 重力勘探工作方法,根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的不同，重力勘探可分為預(yù)查、普查、詳查和細(xì)測四個階段。,第 4 節(jié) 重力資料的整理及圖示,一、重力資料的整理須對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，消除干擾，提取有用信息。,重力校正 消除自然地形引起的重力變化需要進(jìn)行三項(xiàng)校正，即地形、

31、中間層和高度校正:1. 地形校正：,測點(diǎn)所在水準(zhǔn)面以上的正地形部分，多余物質(zhì)產(chǎn)生的引力的垂分量是向上的，引起儀器讀數(shù)減小；,負(fù)地形部分相對該水準(zhǔn)面缺少一部分物質(zhì)，空缺物質(zhì)產(chǎn)生的引力可以認(rèn)為是負(fù)值，其垂直分量也是向上的，使儀器讀數(shù)減小。 可見地形影響恒為負(fù)，故其校正值恒為正。,2.  中間層校正 消除水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面 間還存在著一個水平物質(zhì)層 的影響就是中間層校正。,由于地殼每增厚 1m ，重力增加約

32、 0.419σ g.u，,當(dāng)測點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時，Δh 取正，反之取負(fù)。我國和世界大多數(shù)國家都取中間層密度值σ為 2.67g/cm３。,3. 高度校正  地面每升高 1m 重力減小約 3.086g.u.，所以高度校正值 Δg高為：,當(dāng)測點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時， Δh 取正，反之取負(fù)。,高度校正和中間層校正都與測點(diǎn)高程 Δh 有關(guān)，因此常把這兩項(xiàng)合并起來，統(tǒng)稱為布格校正。以 Δg布表示：,4. 正常場校正

33、 在大面積測量中，各測點(diǎn)的正常場校正值可直接由正常重力公式計算。,小面積重力測量只作正常場的相對緯度校正。,二、重力異常圖剖面圖,第 5 節(jié) 重力異常正演,一、地球物理正演和反演 正演問題: 在地球物理勘探的理論研究中，根據(jù)地質(zhì)體的形狀、產(chǎn)狀和物性數(shù)據(jù)，通過理論計算、模擬計算或模型實(shí)驗(yàn)等方法，得到地球物理場異常的理論數(shù)值或理論曲線，統(tǒng)稱為正演問題。 簡單地說，正演問題就是在給定地下

34、特征和特定的物理模型的前提下確定所能記錄到的數(shù)據(jù)。,反演問題： 根據(jù)觀測數(shù)據(jù)推斷地下特性的工作稱為反演問題。 反演可以看成一種方法，借助于這種方法，人們可以獲得精確描述所觀測到的數(shù)據(jù)集的地下模型。,二、簡單規(guī)則形體重力異常正演計算 1、 球體 (點(diǎn)質(zhì)量),(1) 在 x=0 （即原點(diǎn)）處，異常取得極大值為,異常分布的基本特征:,(2) 異常相對原點(diǎn)為對稱分布當(dāng) x→±∞

35、時， Δg→0 。,(3) 在平面上，由對稱性可知，其異常等值線為一簇以球心在地面投影點(diǎn)為圓心的許多不等間距的同心圓。,典型的球體重力異常 Δg 特征顯示： ①在實(shí)測重力異常平面圖中，近于圓形或長短軸差別不大的近橢圓形異常，多半是近于球形地質(zhì)體產(chǎn)生的；,②在同一地區(qū)，異常愈尖銳，范圍愈小，則該地質(zhì)體的埋深會越小，反之則會更深些。,2、 水平圓柱體（水平物質(zhì)線）,Δg 剖面圖來看與球體類似，但平面圖則完全不同，它是一組不等間距的平

36、行直線，中間異常值最大，兩邊異常值小。當(dāng) x=0 時，可得:,第 6 節(jié) 重力異常的轉(zhuǎn)換處理,一、重力異常的分類,重力異常可分為區(qū)域異常和局部異常。     區(qū)域異常： 分布較廣的中深部地質(zhì)因素引起的重力異常，其特征是異常幅值較大，異常范圍也較大，但異常梯度小。,局部異常： 相對區(qū)域因素而言，范圍有限的研究對象（如構(gòu)造礦產(chǎn)）引起的范圍和幅值較小的異常，但異常梯度相對較大。局部異常也稱剩

37、余異常。,二、重力異常的迭加和分離,當(dāng)球體的剩余密度為負(fù)時，異常的水平梯度值小于單斜異常的水平梯度時，疊加的異常不可能形成圈閉，平面等值線只是向異常的降低方向扭曲。,當(dāng)球體異常的水平梯度大于單斜異常水平梯度時，在球體異常中心附近部位才能形成小的圈閉。,當(dāng)球體的剩余密度為正時，疊加后的異常等值線是向異常升高的一方扭曲。,球體與單斜模型的 3 種不同情況產(chǎn)生的異常疊加結(jié)果,球體異常與單斜異常的疊加,三、平均場法,在一定剖面或平面范圍內(nèi)的區(qū)域

38、異?？梢暈榫€性變化，因而該范圍的重力異常平均值可作為其中心點(diǎn)處的區(qū)域異常值；求平均異常時所選用的范圍應(yīng)當(dāng)大于局部異常的范圍。,四、趨勢分析法,趨勢分析法是目前重磁資料數(shù)據(jù)處理中常用的方法，參數(shù)選擇恰當(dāng)時，可以獲得比較理想的分場效果。 以一個一定階次的數(shù)學(xué)曲面來代表測區(qū)內(nèi)異常變化的趨勢，并以此趨勢作為區(qū)域場來看待，從布格重力異常中減去這一區(qū)域異常，即獲得測區(qū)內(nèi)的局部異常。,五、空間域解析延拓法,根據(jù)觀測平面或剖面上的重力異常值計算

39、高于（或低于）該面上異常值的過程稱為向上（或向下）延拓。      由于重力異常值是與場源到測點(diǎn)距離的平方成反比，因此對于深度相差較大的兩個場源體來說，進(jìn)行同一個高（深）度的延拓，它們各自的異常減弱或增大的速度是不同的。,進(jìn)行上延計算時，由淺部場源體引起的范圍小、比較尖銳的“高頻”異常，隨高度增加的衰減速度比較快；而由深部場源體引起的范圍大的寬緩的“低頻”異常，隨高度增加的衰減速度比較慢

40、。 因此，向上延拓有利于相對突出深部異常特征。,進(jìn)行下延計算時，由淺部場源體引起的“高頻”異常隨深度增加（高度減?。┑脑龃笏俣缺容^快，而由深部場源體引起的“低頻”異常其增大速度比較慢。 因此，向下延拓相對突出了淺部異常。,第 3 章 磁法勘探,磁法勘探是利用地殼內(nèi)各種巖礦石間的磁性差異所引起的磁異常來尋找有用礦產(chǎn)或查明地下地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法。,一、磁法勘探,第 1 節(jié) 概 述,二、 分類及應(yīng)用,就工作

41、環(huán)境而言，磁法勘探可分為：航空磁測；地面磁測；海洋磁測；井中磁測四類。      ,第 2 節(jié) 地球的磁場,存在于地球周圍的具有磁力作用的空間，稱地磁場，它是由基本磁場 ( 主磁場 ) 、變化磁場和磁異常三部分組成。,一、主磁場 主磁場占地磁場的 95% 以上，主要由地核內(nèi)電流的對流形成。它是相對穩(wěn)定的，但也存在著一種極為緩慢的變化。1、地磁要素,地磁要素： 地磁場

42、總強(qiáng)度T，水平強(qiáng)度H，垂直強(qiáng)度Z，X和Y分別為H的北向和東向分量，D和I分別為磁偏角和磁傾角。,它們之間關(guān)系:,二、變化磁場,變化磁場可以分為兩類：一類是連續(xù)出現(xiàn)的，比較有規(guī)律且有一定周期的變化；另一類是偶然發(fā)生的、短暫而復(fù)雜的變化。 前者稱為平靜變化，后者稱為擾動變化。,1. 平靜變化： 來源于電離層內(nèi)長期存在的電流體系的周期性改變。,2. 擾動變化： 擾動變化包括磁擾 ( 磁暴 ) 和地磁脈動兩類，是由磁

43、層結(jié)構(gòu)、電離層中電流體系及太陽輻射等的變化引起。,三、磁異常,磁異常：在消除了各種短期磁場變化以后，實(shí)測地磁場與作為正常磁場的主磁場之間仍然存在著的差異。 或者說，磁異常是地下巖、礦體或地質(zhì)構(gòu)造受到地磁場磁化以后，在其周圍空間形成、并疊加在地磁場上的次生磁場。,第 3 節(jié) 地磁場解析表示,一、地心偶極子磁位,對磁軸與地球旋轉(zhuǎn)軸一致（地心偶極子），地面上任一點(diǎn)的磁位為：,M磁偶極子的磁距。,二、地磁場的正常梯度  &#

44、160;  對地心偶極子的正常梯度場，沿子午線方向的梯度場:,沿高度方向的梯度場:,某地區(qū)某年的垂直強(qiáng)度 Z=34350nT ，水平強(qiáng)度 H=34800 nT ，取 R=6371km ，則其梯度值為,就是說，在該地區(qū)，當(dāng)高度升高 1km 時，T 值減小 23.02nT ；向北方向移動 1km 時， T 值增加 5.76nT。,第 5 節(jié) 磁測的野外工作方法,地磁場的日變觀測    

45、 在高精度磁測時必須設(shè)立日變觀測站，以便消除地磁場周日變化和短周期擾動等影響，這是提高磁測質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施。     日變觀測站，必須設(shè)在正常場（或平穩(wěn)場）內(nèi)，溫差小、無外界磁干擾和地基穩(wěn)固的地方，觀測時要早于出工的第一臺儀器，晚于收工的最后一臺儀器。,第 6 節(jié) 磁異常的正演,一、有效磁化強(qiáng)度矢量,Ms 為 M 在 XOZ 面的投影（分量），稱為有效磁化強(qiáng)度矢量； is 為 Ms

46、的傾角，即 Ms 與 OX 軸間夾角，稱為有效磁化傾角；,二、總磁場強(qiáng)度異常     地磁場總強(qiáng)度 T 減去正常地磁場后得到總磁場異常 △T 。,△T 與 Ta 的關(guān)系,磁異?？倧?qiáng)度矢量 Ta是磁場總強(qiáng)度 T 與正常場 T0 的矢量差，即：,而 △T 是 T 與 T0的模量差，即：,在東西剖面內(nèi)is=90°，有效磁化強(qiáng)度 Ms 垂直向下，這時球體在剖面內(nèi)被垂直磁化。,三、球體的磁場,當(dāng)i

47、s=90°，xoz面即水平圓柱體為南北走向時，由上式可得：,四、水平圓柱體的磁場,當(dāng) x=0 時，有,令 Za=0 ，可求得 Za 曲線的零值點(diǎn)坐標(biāo)：,水平圓柱體的 △T 曲線 (a)i=45º (b)i=90º,1. 磁性體與其磁場平面分布的對應(yīng)關(guān)系,單個磁性體磁異常的平面等值線形狀大體可分為三種：長帶狀、等軸狀和橢圓狀。 如：球體的等值線為等軸狀； 二度板狀體和水平圓柱體等的等值線為長帶

48、狀； 有限長水平圓柱體和板狀體的異常為長橢圓狀。 磁異常軸的方向一般反映地質(zhì)體的走向。,五、規(guī)則磁性體與磁異常關(guān)系,根據(jù)等值線的形狀，把磁性體區(qū)別為二度體異常和三度體異常。 取 1/2 極大值等值線，若長軸為短軸長度的三倍以上，則視為二度體異常；否則為三度體異常。,2. 磁性體與其磁場的剖面對應(yīng)關(guān)系,磁性體的 △T 剖面曲線有三種基本形態(tài)：兩側(cè)無負(fù)異常的 △T 曲線、一側(cè)有負(fù)異常的 △T 曲線和兩側(cè)有負(fù)異常的 △

49、T 曲線。     （1）兩側(cè)無負(fù)異常的 △T 曲線         其極大值對應(yīng)原點(diǎn)。 這種剖面異常特征可作為判定磁性體順層（或順軸）磁化且向下無限延深的標(biāo)志。,（2）一側(cè)有負(fù)異常的 △T 曲線     斜磁化無限延深板狀體的 △T 剖面曲線為一側(cè)有負(fù)值的曲線。 △T 曲線不

50、對稱，原點(diǎn)位于 △Tmax 和 △Tmin 之間。曲線的不對稱性決定于 γ（=α－is）角的大小； γ角愈大，曲線愈不對稱。,（3）兩側(cè)有負(fù)值的 △T 曲線  剖面曲線兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)值，是磁性體下延深度不大的表現(xiàn)。如球體、有限延深的柱體和板狀體、水平圓柱體等，其 △T 剖面曲線一般都是兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)值。 在垂直磁化情況下，其 △T 曲線為兩側(cè)有負(fù)值的對稱曲線；并且其極值對應(yīng)原點(diǎn)。 若為斜磁化， △T 為非對稱曲

51、線，原點(diǎn)位于二極值點(diǎn)坐標(biāo)之間。,第 4 章 電法勘探,電法勘探是根據(jù)所測得的地下電場或電磁場的分布規(guī)律來查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦產(chǎn)的一種常用地球物理勘探方法。,第 1 節(jié) 概 述,第 2 節(jié) 電阻率法理論基礎(chǔ),電阻率法是傳導(dǎo)類電法勘探方法之一。它建立在地殼中各種巖 ( 礦 ) 石之間具有導(dǎo)電性差異的基礎(chǔ)上，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，達(dá)到查明地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ业V產(chǎn)資源之目

52、的。 工作方法： 1、電剖面法；2、電測深法；3、高密度電阻率法。,1．電阻率     當(dāng)電流沿著一段導(dǎo)體的延伸方向流過時，導(dǎo)體的電阻 R 與其長度 l 成正比，與垂直于電流方向的導(dǎo)體橫截面積 S 成反比。,式中比例系數(shù) ρ 稱為該導(dǎo)體的電阻率。,視電阻率實(shí)質(zhì)上是在電場有效作用范圍內(nèi)各種地質(zhì)體電阻率的綜合影響值。 雖然前兩式等號右端的形式完全相同，但左端的 ρ 和

53、ρs 卻是兩個完全不同的概念。 只有在地下介質(zhì)均勻且各向同性的情況下， ρ 和 ρs 才是等同的。,2．視電阻率,影響視電阻率的因素有： (1) 電極裝置的類型及電極距；(2) 測點(diǎn)位置；(3) 電場有效作用范圍內(nèi)各地質(zhì)體的電阻率； (4) 各地質(zhì)體的分布狀況，包括它們的形狀、大小、厚度、埋深和相互位置等。,第 3 節(jié) 電阻率法正演計算,第 4 節(jié) 電剖面法,電剖面法是采用不變的供電極距，并使整個或部分裝置沿

54、觀測剖面移動，逐點(diǎn)測量視電阻率 ρ 的值。,由于供電極距不變，探測深度就可以保持在同一范圍內(nèi)，因此電剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范圍內(nèi)不同電性物質(zhì)的分布情況。,一．聯(lián)合剖面法裝置形式及視電阻率公式      聯(lián)合剖面法是用兩個三極裝置 AMN∞ 和 ∞MNB 聯(lián)合進(jìn)行探測的一種電剖面方法。,聯(lián)合剖面法有兩條視電阻率曲線。,二. 聯(lián)合剖面法 ρs 曲線分析   

55、;   聯(lián)合剖面法主要用于尋找產(chǎn)狀陡傾的層狀或脈狀低阻體或斷裂破碎帶。,視電阻率和電流密度之間的關(guān)系:,jo是介質(zhì)完全均勻時的電流密度.,在直立良導(dǎo)薄脈頂部上方，ρsA 和ρsB 曲線相交，且在交點(diǎn)左側(cè)，ρsA>ρsB，交點(diǎn)右側(cè)，ρsA<ρsB 。這種交點(diǎn)稱為聯(lián)合剖面曲線的“正交點(diǎn)”。 在正交點(diǎn)兩翼，兩條曲線明顯地張開，一條達(dá)到極大值，另一條達(dá)到極小值，形成橫“ 8 ”字形的明顯特征。,直立高阻薄

56、脈上聯(lián)合剖面模型試驗(yàn),高阻薄脈上的兩條 ρs 曲線也有一個交點(diǎn)。但交點(diǎn)左側(cè) ρsAρsB ，與低阻薄脈的情況恰好相反，所以稱為“反交點(diǎn)”。聯(lián)合剖面曲線的反交點(diǎn)實(shí)際上并不明顯，ρsA 和ρsB 曲線近于重合，各自呈現(xiàn)一個高阻峰值，且交點(diǎn)兩側(cè) ρsA 和ρsB 曲線靠得很攏，沒有明顯的橫“ 8 ”字形特征。 這是因?yàn)閷τ诟咦璞∶}而言，無論 M、N 在它的哪一側(cè)，ρs 值都是降低的。,第 5 節(jié) 電測深法,一．電測深法,電測深法是探

57、測電性不同的巖層沿垂向分布情況的電阻率方法。,適當(dāng)加大供電極距可以增大勘探深度，在同一測點(diǎn)上不斷加大供電極距所測出的 ρs 值的變化，將反映出該測點(diǎn)下電阻率有差異的地質(zhì)體在不同深度的分布狀況。,按照電極排列方式的不同，電測深法又可以分為對稱四極電測深、三極電測深、偶極電測深、環(huán)形電測深等方法，其中最常用的是對稱四極電測深。,由于電測深法是在同一測點(diǎn)上每增大一次極距 AB ，就計算一個 K 值，因此，其 K 值是變化的，這與對稱剖面法中

58、K 為恒值不同之處。,二．電測深曲線類型      1 二層斷面的電測深曲線類型,G 型曲線 D 型曲線,第二層電阻率 ρ2 相對于 ρ1 為無限大，此時二層曲線尾部呈斜線上升。在對數(shù)坐標(biāo)上，其漸近線與橫坐軸成 45°交角。,2 三層斷面的電測深曲線類型      三層地電斷面由三個明顯的電性層組成，各電性

59、層的電阻率分別為 ρ1、ρ2 和ρ3 ，厚度分別為 h1 、 h2和 h3，h3為無窮大。,(a) H 型,1)H 型對應(yīng)于ρ1>ρ2ρ2 ，只當(dāng) h 2 >>h1 時，ρsmin 才趨于ρ2 ，此時ρs 曲線中段出現(xiàn)寬緩的極小值段。 如果ρ3→∞，則 H 型曲線尾部將呈斜線上升，其漸近線與橫軸成 45°相交。,三層電測深曲線 (b)A 型,2)A 型對應(yīng)于 ρ1<ρ2<ρ3 的三層斷面

60、 其特點(diǎn)是ρs 曲線由ρ1 值開始逐漸上升，達(dá)ρ2值時形成一個轉(zhuǎn)折，第二層愈厚，轉(zhuǎn)折愈明顯，最后趨于ρ3值 。 在ρ3→∞時，A型曲線尾部漸近線也與橫軸成 45°相交。,三層電測深曲線 (c)K 型；,3) K 型對應(yīng)于ρ1ρ3 的三層斷面 其特點(diǎn)是有ρs 極大值ρsmax，一般ρsmax >h1時，ρsmax才趨于ρ2 。,三層電測深曲線 (d)Q 型,4)Q 型對應(yīng)于ρ1>ρ2&g

61、t;ρ3 的三層斷面 其特點(diǎn)是ρs 曲線由ρ1 值開始逐漸下降，達(dá)ρ2 值時形成一個轉(zhuǎn)折，最后趨于ρ3值,3．多層斷面的電測深曲線類型,由四個電性層組成的地電斷面，按相鄰各層電阻率之間的組合關(guān)系，其測深曲線可以有八種類型。 每種類型的電測深曲線用兩個字母表示。第一個字母表示斷面中前三層所對應(yīng)的電測深曲線類型，第二個字母表示斷面中后三層所對應(yīng)的電測深曲線類型。,四層斷面的電測深曲線,四層斷面的電測深曲線,高密度電法：

62、 許多普通電法排列、測點(diǎn)的集合，通常將許多電極(一般為60個)，按一定極距(一般為1~5 m)排列，通過電纜、開關(guān)控制箱與測量儀器相連。測量時，測量儀器通過指令控制開關(guān)控制箱，以一定的排列順序?qū)㈦姌O轉(zhuǎn)換成供電電極或測量電極。,高密度電法,DUK-2A高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系統(tǒng)三部分組成。,高密度電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同。,第 2 節(jié) 充電法和自然電場法,一、充電法1. 基本原理

63、 供電電極A設(shè)置在礦體露頭上，A極與礦體的接觸點(diǎn)即為充電點(diǎn)，另一個供電電極B置于距A極無限遠(yuǎn)處，則B極電場對A極將不會產(chǎn)生影響，這就構(gòu)成了一個點(diǎn)電源的電場。,在理想條件下可認(rèn)為礦體的電阻率ρ0=0（金屬礦），圍巖電性均勻其電阻率為ρ1。 此時，無論將充電點(diǎn)選在礦體上的那一點(diǎn)，因?yàn)榈V體內(nèi)沒有電阻在其內(nèi)部便不會產(chǎn)生電位降，因此在礦體內(nèi)部及其表面上各點(diǎn)電位是相等的。 由于對礦體充電的結(jié)果使得礦體變成一個等位體，礦體

64、的表面即是個等位面。,在圍巖中，因圍巖電阻率較礦體的電阻率大得多，電流經(jīng)過圍巖時要產(chǎn)生明顯的電位降。等位面靠近礦體附近等位面密集，遠(yuǎn)離礦體的地方變稀，見圖 (a)。,當(dāng)圍巖電性均勻時等位面的形狀與礦體的形狀有密切關(guān)系，在礦體附近密集的等位面形狀即反映了礦體的形狀。在地面上通過測量追索出等位線的形狀見圖（b），便可確定礦體的位置、形狀及范圍大小，這就是充電法的基本原理。,2. 應(yīng)用充電法的前提條件　　 礦體必須具有良好的露頭（天然的或

65、人工揭露的槽探、淺井、坑道及鉆孔等），并且具有一定的規(guī)模； 　　 充電體必須具有良好的導(dǎo)電性、圍巖電阻率均勻、地形較平坦。,3. 充電法的應(yīng)用范圍： 　1. 在普查勘探金屬礦中，大致的確定礦體的分布范圍，判明礦體的形狀與產(chǎn)狀。確定兩個相鄰礦體是否相連及在露頭附近是否存在隱伏的礦體等； 　2. 在水文地質(zhì)工作中，確定地下水流速流向； 　3. 追索地下電纜和管道。,4. 電位及電位梯度曲線,（一）充電球體的電位及電位梯度曲線

66、 (1)計算公式： 假設(shè)有個半徑為r0、中心距地面距離為hC，電阻率ρ0→0的金屬球體，位于電阻率為ρ1的介質(zhì)中，,球體充電以后向其周圍輻射電流Ι，地面上任意點(diǎn)M 離球心在地面上的投影點(diǎn)O的距離為x，,則 M 點(diǎn)的電位公式,主測線上的電位梯度公式,(2) 電位及電位梯度曲線的特征： ① 無論x為正或?yàn)樨?fù)，電位均為正值，即電位曲線在x軸上方，并且關(guān)于縱軸左右對稱。電位梯度曲線則對稱于原點(diǎn)O，即當(dāng)x為負(fù)時電位梯度為正，x為正

67、時電位梯度為負(fù),② x=0時，電位取得極大值，電位梯度為零，即球心對應(yīng)于電位的極大值和電位梯度的零值點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)曲線的這一特征確定球心中心在地面上的投影位置。 ③ x→∞，即觀測點(diǎn)離球體很遠(yuǎn)，電位及電位梯度均趨于零。,（二）充電水平圓柱體的電位及電位梯度曲線 水平圓柱體橫剖面電位及電位梯度曲線特征基本于球體相似，但是其縱剖面電位曲線出現(xiàn)寬而平的極大值區(qū)，在金屬圓柱體兩端處電位曲線急劇下降。　　在電位梯度曲線上，沿柱體走向在

68、柱體上方形成接近零值的低值區(qū)，在柱體的兩端則出現(xiàn)極大值及極小值。電位梯度的極值點(diǎn)即等于礦體的邊界，根據(jù)縱剖面電位梯度曲線極值點(diǎn)間的距離可推斷礦體沿走向的長度及礦體的兩端位置。,橫剖面,縱剖面,1—電位曲線； 2—電位梯度曲線,二、自然電場法,1、基本原理 巖（礦）石和地下水之間產(chǎn)生的氧化—還原電化學(xué)反應(yīng)（包括在大地電流、雷電放電等電流場長期激勵下的電化學(xué)反應(yīng)），以及地下水滲透、擴(kuò)散作用、生物化學(xué)、氣體交換和熱電

69、效應(yīng)等產(chǎn)生的穩(wěn)定或緩慢變化等因素會形成自然電場，研究自然電場的分布規(guī)律，解決有關(guān)地質(zhì)問題的地球物理方法稱為自然電場法。,2、自然電場法的應(yīng)用范圍： 　　尋找埋藏較淺的硫化金屬礦床和部分氧化金屬礦床，以及尋找無煙煤、石墨等非金屬礦和在具有石墨化及黃鐵礦化的地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)填圖。,3、自然電場法的應(yīng)用條件： 　　礦體的導(dǎo)電性良好，呈塊狀或是金屬礦物呈浸染狀連續(xù)分布的細(xì)脈，并且礦體一端必須處于潛水面之下，而另一端則在潛水面之上。,一、激發(fā)極化

70、現(xiàn)象　　在電法勘探中，人們發(fā)現(xiàn)不僅在供電的同時可以觀測到一個穩(wěn)定的一次場電位差△U1，而且在斷電之后仍可觀測到一個隨時間而衰減的二次場電位差△U2，這種在人工電場的作用下巖（礦）石產(chǎn)生二次電場的現(xiàn)象稱為巖（礦）石的激發(fā)極化效應(yīng)。,第 3 節(jié) 　激發(fā)極化法,激發(fā)極化法：　　 以巖（礦）石、水的激發(fā)極化效應(yīng)的差異為物性前題，用人工直流電場或低頻交變電場激發(fā)，研究地下巖礦石的激發(fā)極化效應(yīng)的變化，來查明礦產(chǎn)資源和有關(guān)一地質(zhì)問題的方法。,二

71、、直流激發(fā)極化法的基本原理,在供電開始的瞬間，測量電極間的電位差為△U1，隨著供電時間的增加礦體會產(chǎn)生激發(fā)激化效應(yīng)，礦體則被極化其電位差為△U2，它的大小隨時間的增加而增大，當(dāng)時間達(dá)到一定數(shù)值后，則會觀測到一個趨于飽和的電位差△U，它是△U1與△U2之和；,當(dāng)突然斷電后△U1亦隨之消失，此時在測量電極之間會觀測到隨時間而衰減的電位差△U2 ，它就是巖（礦）石在人工電場的作用下形成的極化場的電位差。,三、與電阻率法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1

72、.它不僅可尋找致密的金屬硫化礦，而且還能發(fā)現(xiàn)浸染狀金屬礦； 2.它能區(qū)分電子導(dǎo)體及離子導(dǎo)體形成的礦與非礦異常； 3.它受地形影響較電阻率法要小。,,,四、巖（礦）石的極化率 　　表征不同巖（礦）石間極化效應(yīng)性質(zhì)的物理量，稱之為“極化率”。用符號η表示。 當(dāng)?shù)叵麓嬖趦煞N或兩種以上極化率不同的巖（礦）石時，在 供電電流明顯作用范圍內(nèi)，各種巖（礦）石極化率在測量電極附近的綜合反映，稱為“視極化率”，用符號ηs表示。,一、概述　

73、　電磁法是以地殼中巖、礦石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和介電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工的或天然的交變電磁場的分布來尋找礦產(chǎn)資源或解決其他地質(zhì)問題的一類電法勘探方法。,第 4 節(jié) 　電磁法,電磁法所依據(jù)的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象：由變化的磁場使閉合電路產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 當(dāng)發(fā)射機(jī)以交變電流I1供入發(fā)射線圈時，就在該線圈周圍建立了頻率和相位都相同的交變磁場 H1，H1稱為一次場。若這個交變磁場穿過地下良導(dǎo)電體